电源管理模块功能及原理(doc 14页)

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复合线路滤波器及其应用

摘要：在分析了锂离子电池的充电过程和bqTINY-II系列电源管理芯片功能特点的基础上，设计出了一种以bq24020芯片为核心的电源管理模块，并详细介绍了该模块的功能和工作原理。

关键词：锂电池；USB电源；恒流充电；恒压充电

0 引言

便携式电子产品以电池作为电源。随着便携式产品的迅猛发展，各种电池的用量大增，并且开发出许多新型电池。近年来开发的高能量密度的锂离子电池具有体积小、容量大、待机时间长等特性，非常适合便携式系统的应用。

在便携式电子产品的设计过程中，其电源管理模块的设计是十分重要的，因为这关系到整个系统工作的稳定性、持续性及快速恢复的能力问题。尤其是在使用锂电池作为系统电源时，其电源管理模块的作用更加突现。本文针对锂电池充电的特点，介绍了一种基于bqTINY-II的便携式电子心音检测仪电源管理模块解决方案。

1 锂离子电池充电过程

锂系列（锂离子或锂聚合物）电池的充电过程分为3个阶段，如图1所示。

图1 三阶段充电流程图

第一阶段为检验和预充电阶段。该阶段主要的任务是：验证电池的温度并将其调整到适合快速充电的范围内；检测电池电压并将其提高到一个安全水平。温度检验和预充电提高了电池的安全性和使用寿命。

第二阶段将以“1C”或略低的电流进行恒流充电。一旦电池达到它的电压限幅4.1V或4.2V，则已完成对大约70％的容量的充电，并进入第三阶段充电。

第三阶段是对电池进行恒压充电，为了使安全性和电量达到最大化，需要将充电电压稳定在±1％的精度内。在恒压充电阶段，充电电流逐渐变小，并且在大多数情况下，当这个充电电流接近快速充电电流的10％，即C/10时，充电过程就结束了。

2 基于bqTINY-II的电源管理模块

bqTINY-II是TI推出的电池充电管理芯片，它为电源系统设计人员带来一套集成解决方案。该芯片将自动电源选择、功率FET和电流传感器、高精准度的稳流和稳压能力、充电状态显示和充电中止等功能集为一体。它的一个重要特点是其可以选择两种充电模式，支持目前流行的USB接口充电。

bqTINY-II支持三阶段的充电程序如图1所示，包括预充电调节阶段、恒流充电阶段以及许多设备制造商都要求的高精准度恒压充电阶段。bqTINY-II的功耗极低，当系统未连接至电源时，bqTINY-II就会进入低功耗休眠模式，它此时只会从电池汲取非常少的电量。

2.1 示意电路图

该方案的示意电路如图2所示，该原理图以bq24020芯片为核心，配以必要的外围元器件。由于bq24020芯片的高集成化，使得所需的外围元器件大大减小，只需要3颗滤波电容和1颗用于设置AC预充率的电阻即可。

图2 bq24020的电源管理示意图

图2所示电源管理模块有4个输入接口，4个输出接口和一个公共地。其中4个输入接口为：交流适配器AC接口、USB取电接口、充电使能信号CE、USB充电点设置；4个输出接口为：电源输出、电源温度信号输出、2个充电状态指示输出。

面向应用系统的6个接口的参数说明如下：

VCC为电池电压输出口，本电源模块通过该口输出电流，向应用系统供电。

2）供电电源自动选择

bqTINY-II支持两种电源输入，默认的是把AC适配器作为输入源。如果没有AC适配器，芯片就会选择USB作为输入电源。如果两种输入都存在，则优先选择AC适配器。

3）电池过热保护功能

bqTINY-II通过测量脚TS和VSS之间的电压来监测电池的温度。bqTINY-II内部含有一个电流源，利用这个电流源为10kΩ的负温度系数电热调节器提供偏置。bqTINY-II 通过比较脚TS和内部的阈值电压V LTF、V HTF来决定是否进行充电。当V TS

V TS>V LTF时，就会停止充电。bqTINY-II只是通过关闭电源的FET来暂时停止充电时，并没有重新设置定时器。当温度恢复到正常值时，充电就会继续。用户可以通过两个额外的电阻来改变温度范围，如图3所示。

图3温度传感器范围调节

4）电池预充机制

在一个充电周期中，如果电池电压低于V LOWV，bqTINY-II就会利用预充电流I o(PRECHG)来对电池充电，这样就可把电池中过度放电的离子激活。在ISET1、VSS之间的电阻R SET 决定了预充率。这种特性对于AC和USB充电都适用。

bqTINY-II会在预充电期间设置一个定时器。如果在这个定时器设置的时间内电池电压没有达到V

，bqTINY-II将会停止充电，并且在脚STATx上显示出错信息。

（LOWV）

5）充电电压自动控制功能

bqTINY-II的脚OUT直接和电池的正极相连，芯片通过此引脚采集电池的反馈电压，然后比较采集回的反馈电压和VSS引脚之间的电压差值，从而完成对电池电压的监测。当电池的电压上升到V o(REG)时，恒压充电开始，充电电流开始减小。

为了安全起见，在充电期间bqTINY-II也监视充电时间。如果在规定的充电时间t(CHG)期间未完成充电，bqTINY-II将会停止充电，并且在STATx引脚显示出错信息。

6）充电状态监测（自动终止和重新充电功能）

在恒压充电阶段bqTINY-II一直监视充电电流。一旦预设的I(TAPER)被检测到，bqTINY-II就启动TAPER定时器（见图1）。当规定的时间到达后，充电过程结束。连接在ISET1和VSS之间的电阻R SET决定了TAPER的长短。

如果充电电流恢复到I（TAPER），bqTINY就会重置Taper定时器。另外，如果充电电，则会终止充电。这样就可以快速识别出电池的移出和已经充好的电池的

流小于I

（TEMP）

插入。注意，这种特性就会使充电计时器和Taper定时器失去效用。连接在脚ISET1和VSS之间的电阻R SET决定了TAPER电流的检测门限。

充电完成后，bqTINY-II一旦检测到脚OUT的电压低于V RCH，就会重新启动充电。这样就会让电池一直处于满充的状态。

7）自动休眠功能